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一文了解光學增透膜：提升透光率的神奇薄膜

日期：2025-09-19 08:39

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摘要：一文了解光學增透膜：提升透光率的神奇薄膜

需要增透減反技術可以聯系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

增透膜就是減反膜，主要就是利用干涉相消減少反射能量，或者利用折射率匹配——梯度折射率漸變，實現透射“傳遞”。

這里說一下干涉相消的減反膜。

增透膜按照層數一般分為單層膜系、雙層膜、多層膜系，基本原理相差不大，這里簡單說一下單層膜系。

下圖是示意光線通過介質1（折射率

n_0

）透射到介質2（折射率

n_2

）的光場傳播模型，結構鍍上一層折射率為

n_1

的單層膜進行減反射。

這里以正入射情況為例，根據菲涅耳定律，兩個界面處的反射系數分別為

r_{1}={\frac{n_{0}-n_{1}}{n_{0}+n_{1}}}

，

r_2=\frac{n_1-n_2}{n_1+n_2}

。通過矢量圖可見當單層膜提供的相位差為

\pi

，即膜厚提供的光程差為

\lambda/4

（光線會折返一次），此時，反射系數達到*小。此外，當反射系數的模相同時，即

|r_1|=|r_2|

，這時反射率為零，理解上述過程，就很容易導出教科書中要求增透膜的光學厚度為

\lambda/4

，鍍膜折射率為

n_{1}=\sqrt{n_{0}n_{2}}

。

根據矢量圖很容易理解減反膜的光學厚度以及折射率的選擇。

實際應用中大多都是多層膜系，所以膜系的計算還是用特征矩陣計算比較方便。

\left.\left.\left[\begin{matrix}B\\C\end{matrix}\right.\right]=\left\{\prod_{j=1}^{\kappa}\left[\begin{matrix}\cos\delta_j,&&\frac{\mathrm{i}}{\eta_j}\sin\delta_j\\\mathrm{i}\eta_j\sin\delta_j&\cos\delta_j\end{matrix}\right.\right]\right\}\left[\begin{matrix}1\\\eta_{k+1}\end{matrix}\right]\quad(1)

\begin{aligned}R&=\left(\frac{\eta_0B-C}{\eta_0B+C}\right)\left(\frac{\eta_0B-C}{\eta_0B+C}\right)^*\\T&=\frac{4\eta_0\eta_{K+1}}{(\eta_0B+C)(\eta_0B+C)^*}\end{aligned}\quad(2)

上述公式中

\delta_{j}=\frac{2\pi}{\lambda}n_{j}d_{j}\mathrm{cos}\theta_{j}

為第

j

膜層提供的相位差，

\eta_j

為光學導納，取決于不同的偏振^[1]。

以下計算一個算例，計算中

n_0=1

，

n_2=1.5

，

n_1=\sqrt{1.5}

(只為計算說明，材料折射率不一定對應真實材料，且不考慮色散)，計算中的光學厚度

n_1d=0.55/4(@\lambda=0.55\mu m)

。

通過反射率曲線可以看出設計波長

\lambda=0.55\mu m

時反射率為0。通過以下的電磁場分布情況也容易直觀看出設計波長以及設計波長以外反射能量的強弱。

波長為0.55 $\mu m$ 時的 *$y$* 向磁場實部、模場方分布，波長為0.3 $\mu m$ 時 *$y$* 向磁場模方實部

希望對你有幫助！

參考

[1]唐晉發顧培夫劉旭李海峰.現代光學薄膜技術[M].浙江大學出版社,2006.

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